用于宽含氧量工况的分级旋流器结构

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体是一种用于宽含氧量工况的分级旋流器结构。

背景技术

燃气轮机广泛应用在航空、海军装备以及地面发电行业中。随着航空工业、海军装备现代化以及地面工业的快速发展，对燃气轮机动力装置的性能与环保特性要求逐渐提高，烟气再循环是燃气轮机降低氮氧化物排放的主要技术之一。

但将烟气加入来流空气中会导致氧气浓度降低、惰性气体浓度变高，使得燃气轮机燃烧室中化学反应速率降低和火焰传播速度降低，可能导致燃气轮机燃烧室出现稳定性差，甚至出现较为严重的熄火问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于宽含氧量工况的分级旋流器结构，能够有效改善了变工况中特别是在贫氧条件下燃烧室燃烧性能，增大燃烧室进气量。

本发明的技术方案是：

一种用于宽含氧量工况的分级旋流器结构，包括：值班级旋流器和主燃级旋流器，所述值班级旋流器位于旋流器中心，用于形成主回流区，还参与值班级燃油的雾化，所述值班级旋流器与主燃级旋流器之间配置为台阶结构以形成台阶回流区，位于文氏管与主燃级之间，所述值班级旋流器有两个，分别为值班级第一级旋流器和值班级第二级旋流器用于形成值班一级旋流的同时增强燃油雾化、防止回火，所述值班级第二级旋流器用于形成值班级旋流；所述值班级第一级旋流器的值班一级叶片位于值班级第二旋流器内侧，逆时针方向转动，用于形成值班一级旋流；所述值班级第二级旋流器的值班二级叶片位于所述值班一级叶片与文氏管之间，顺时针方向转动，用于形成值班二级旋流；主燃级叶片，位于主燃级外壁内侧，用于形成主燃级旋流；

文氏管，位于旋流器下游，用于增加喉部空气速度促进燃油破碎雾化。

进一步的，为了保证主燃级出口气流的动量及旋流效果，所述主燃级旋流器与值班级第二级旋流器旋向相反，采用连接环状多点均布的喷油孔向流道内供油，燃油通过横向射流的方式雾化并与空气掺混。

进一步的，所述主燃级叶片周向倾斜角取值为45°。

进一步的，所述文氏管下游部分，前段同轴嵌套于值班二级旋流器外壁，并通过法兰与旋流器同轴连接。

进一步的，所述文氏管下游部分内流道前端内收，用于增加喉部空气速度促进燃油破碎雾化，尾端向外扩展用于限制空气延径向扩展的尺寸，同时限制反应期间火焰面形态。

进一步的，通过数值模拟对燃烧室流场结构和燃烧性能参数的不断分析，根据试算结果最终选定了文氏管结构尺寸，所述文氏管入口处直径为40mm、喉部直径为13.2mm、出口直径45.6mm。

进一步的，叶片数量应该有适当的重叠度，叶片较多会增加气流的摩擦损失；叶片较少会出现透光现象，导致气流直通，从而削弱旋流效果，不利于回流区的形成及燃烧的稳定性。同时考虑到叶片分布的对称性，所述值班一级叶片数量为10，值班二级叶片数量为14。

进一步的，由于值班级第一级旋流器不需要强旋流，因而选用较小的旋流数，值班级第二级旋流器的旋流数较大，用于形成值班级旋流。所述值班级第一级旋流器的旋流数为0.4，值班级第二级旋流器的旋流数为0.7，叶片厚度为均为0.6mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用三级旋流叶片，将值班级与主燃级进行了组合设计，使燃烧分级，在反应速度快或慢的情况下稳定燃烧，将值班级与主燃级之间设计台阶，形成了一种适用于宽含氧量工况的分级旋流器结构，值班级与主燃级配合设计有效地解决了宽工况下燃烧性能低的问题，主燃级增大了燃烧室进气量，值班级与主燃级之间的台阶结构形成台阶回流区，改善宽工况下的点火问题，并且主燃级旋流器与值班级第二级旋流器旋向相反，保证主燃级出口气流的动量及旋流效果，采用连接环状多点均布的喷油孔向流道内供油，燃油通过横向射流的方式雾化并与空气掺混。

本发明的文氏管下游部分内流道前端内收，尾端向外扩展，增加喉部空气速度促进燃油破碎雾化，限制空气延径向扩展的尺寸，同时限制反应期间火焰面形态。

附图说明

图1为本发明燃烧室头部结构的主视图；

图2为本发明燃烧室头部结构的左视剖面图；

图3为本发明燃烧室头部结构的气体流向示意图。

其中，1、值班一级叶片，2、值班二级叶片，3、主燃级叶片，4、主燃级外壁面，5、文氏管，6，台阶回流区，7、主燃级喷油孔。

具体实施方式

下面结合附图1和附图3，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例

如图1、图2和图3所示，一种用于宽含氧量工况的分级旋流器结构，包括：值班级旋流器和主燃级旋流器，值班级旋流器位于旋流器中心，用于形成主回流区，还参与值班级燃油的雾化，值班级旋流器与主燃级旋流器之间配置为台阶结构以形成台阶回流区，位于文氏管与主燃级之间，值班级旋流器有两个，分别为值班级第一级旋流器和值班级第二级旋流器用于形成值班一级旋流的同时增强燃油雾化、防止回火，值班级第二级旋流器用于形成值班级旋流；值班级第一级旋流器的值班一级叶片1位于值班级第二旋流器内侧，逆时针方向转动，用于形成值班一级旋流；值班级第二级旋流器的值班二级叶片2位于值班一级叶片1与文氏管5之间，顺时针方向转动，用于形成值班二级旋流；主燃级叶片3位于主燃级外壁内侧，用于形成主燃级旋流；文氏管5位于旋流器下游，用于增加喉部空气速度促进燃油破碎雾化。台阶回流区6位于主燃级与文氏管5之间，用于形成台阶回流区；主燃级喷油孔7，位于主燃级内侧位置，用于向主燃级喷油。

在一些实施例中，为了保证主燃级出口气流的动量及旋流效果，主燃级旋流器与值班级第二级旋流器旋向相反，采用连接环状多点均布的喷油孔向流道内供油，燃油通过横向射流的方式雾化并与空气掺混。

在一些实施例中，为了更快的形成主燃级旋流，增大燃烧室进气量，主燃级叶片3周向倾斜角取值为45°。

具体的，文氏管5下游部分前段同轴嵌套于值班二级旋流器外壁，并通过法兰与旋流器同轴连接。

在一些实施例中，为了增加喉部空气速度促进燃油破碎雾化，文氏管5下游部分内流道前端内收，为了限制空气延径向扩展的尺寸，同时限制反应期间火焰面形态，文氏管下游部分内流道尾端向外扩展。

经过多次实验并通过数值模拟对燃烧室流场结构和燃烧性能参数的不断分析，根据试算结果最终选定了文氏管结构尺寸，文氏管5入口处直径为40mm、喉部直径为13.2mm、出口直径45.6mm。

由于叶片数量应该存有适当的重叠度，且叶片较多会增加气流的摩擦损失；叶片较少会出现透光现象，导致气流直通，从而削弱旋流效果，不利于回流区的形成及燃烧的稳定性。并且考虑到叶片分布的对称性，值班一级叶片数量为10，值班二级叶片数量为14。

由于值班级第一级旋流器不需要强旋流，因而选用较小的旋流数，值班级第二级旋流器的旋流数较大，用于形成值班级旋流。值班级第一级旋流器的旋流数为0.4，值班级第二级旋流器的旋流数为0.7，叶片厚度为均为0.6mm。

以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。